高速铁路牵引供电系统继电保护研究

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1、高速铁路牵引供电系统继电保护研究摘要：牵引供电系统是高速铁路动车组的动力源泉，继电保护是牵引供电系统向动车组安全可靠供电的关键。由于系统结构、供电方式、用电负荷的不同，牵引供电系统继电保护原理与电力系统有很大差别。文章对高速铁路牵引供电系统继电保护进行了研究。中国8/vie　　关键词：高速铁路；牵引供电系统；全并联AT牵引网；联跳保护；继电保护文献标识码：A　　中图分类号：U223：1009-2374（2017）02-0104-02DOI：10.13535/j.ki.11-4406/n.2017.02.0

2、49　　高速铁路的牵引供电系统的主要功能就是向电力机车提供连续可靠的电能。为了使牵引供电系统能够可靠安全供电，继电保护发挥了重要的作用，继电保护不仅可以在牵引供电系统正常运行时，满足电力机车运行所需要的各个方面，并且可以在牵引供电系统不能正常工作以及损坏时，确保供电系统及其设备安全运行。在高速铁路长期运行期间，系统很难不出现问题。相对牵引网而言，由于动车组通过受电弓与接触线滑动接触的取流方式及机械振动等原因，牵引网的故障率比电力系统大得多。由于材料、制造工艺、安装及维护技术等原因，我国牵引网的故障率比国外

3、电气化铁路又要高很多。常规的保护在某些严重情况下无法正确动作，会导致牵引网烧损乃至烧断、列车供电长时间中断等严重事故。对于变压器，我国高速铁路采用特殊接线的变压器，其容量和电压等级与普速铁路相比有很大的提高。　　1牵引供电系统　　电力系统提供两路独立电源进线，在通过牵引变电所转变电能后，再送给牵引网，以使电力机车能够取流，然后完成电力牵引，牵引变电所、牵引网和电力机车组成了牵引供电系统。　　1.1牵引变电所、分区所、AT所　　牵引变电所的功能就是把系统引入的高电压转换成低电压的交流电，然后再通过馈电线送给

4、铁路沿线的接触网，向电力机车提供电量，因为牵引负荷是单相负荷，为了尽可能将单相负荷均匀地分配到电力系统三相中去，牵引变压器常选择比较特别的接线变压器，比如斯科特接线、阻抗匹配平衡接线等变压器。高速铁路采用V/x接线等牵引变压器。常常在两个牵引变电所的供电区中间设置分区所，以使供电更加灵活。　　1.2牵引网　　牵引网是由馈电线、接触网、回流线组成的多导线供电的回路。　　它有很多种供电方式，例如直接供电和带吸流变压器（BT）供电、自耦变压器（AT）供电和全并联AT供电方式。其中BT供电由于大地回流和“半段效应

5、”其对通信线路的防护效果并不理想，同时由于“吸-回”装置将接触网的连接方式变得麻烦，机车的受流条件变得更差，所以现在已经不经常使用了。　　1.2.1直接供电方式。直接供电这种方式相较而言是比较简单的，电力机车工作所需要的电能是由牵引变电所输出的电能供给的，这种供电方式就是直接供电方式。它有很多好处，这种方式的结构比较简单，而且节省投资，但是其回路电阻大，供电距离较短。同时因为牵引供电系统是单相负荷的，这种供电方式无法使其平衡，这样就会严重影响通信线路。　　1.2.2AT供电方式。随着铁路的提速，以及高速、

6、大功率电力机车的不断投入运行，牵引网需要提供更高的电能，为此引入AT供电方式，牵引变电所主变输出电压为55kV，经AT向接触网供电，一端接接触线，另一端接正馈线，其中点抽头则与钢轨相连。这种供电方式下，其馈电电压高，供电能力强，牵引变电所的数量可以减少，从而节省投资。而其接触线和正馈线中的电流近似大小相等方向相反，所以牵引电流对通信线路的影响较小。目前，我国的大秦、京秦、郑武等普速电气化铁路线路都采用了AT供电方式。　　1.2.3全并联AT供电方式。为了进一步提高牵引网电压，减小牵引网电能损失，采用了牵引

7、网的上下行线路在AT所和分区所处进行并联的接线方式。我国高速铁路普遍采用全并联AT供电方式。这种供电方式下机车的负荷电流由于并联支路的存在将会有多个供电回路，使牵引网的电阻值降低了，并且使牵引网的供电能力增加了，但是在牵引网故障时，同样存在多个回路给短路点供电，使故障分析更加复杂，同时使其继电保护与普速铁路时有很大不同。　　1.3电力机车负荷　　电力机车按照牵引驱动电机的不同可以分为直流电力机车（又称交-直电力机车）和交流电力机车（又称交-直-交电力机车）。在普速铁路中通常采用交-直电力机车，而在高速铁路

8、中全部�用交-直-交电力机车。两种机车由于采用的整流电路不同，使得其谐波成分、功率因数等有很大区别，进而对其继电保护产生影响。　　2继电保护研究　　2.1线路保护研究　　2.1.1电力系统线路保护。由于全线速动的需要，电力系统220kV以上电压等级的线路普遍采用以光纤为通信通道的线路电流差动保护作为主保护。光纤电流差动保�o简称光差保护，其保护原理建立在基尔霍夫电流定律的基础之上，具有良好的选择性，能快速地切除保护区内的故障，